Nâng Cao Chất Lượng Vận Hành Lưới Điện Phân Phối Tại Quy Nhơn Qua Giải Pháp Tự Động Hóa

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Nghiên cứu sử dụng giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối das để nâng cao chất lượng vận hành, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Tác giả: Lê Trọng Quyết
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Văn Cần
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Vận Hành Lưới Điện Phân Phối Tại Quy Nhơn Qua Giải Pháp Tự Động Hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Định

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nâng Cao Chất Lượng Vận Hành Lưới Điện Phân Phối

Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. Việc nâng cao chất lượng vận hành lưới điện phân phối tại Quy Nhơn là một nhiệm vụ cấp thiết. Giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) được xem là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc áp dụng công nghệ tự động hóa nhằm nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng.

1.1. Giới Thiệu Về Lưới Điện Phân Phối Tại Quy Nhơn

Lưới điện phân phối tại Quy Nhơn hiện đang hoạt động với nhiều thách thức. Hệ thống điện phân phối 22kV nhận điện từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các nhà máy thủy điện và năng lượng tái tạo. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện.

1.2. Tình Hình Hiện Tại Của Lưới Điện Phân Phối

Hiện trạng lưới điện phân phối Quy Nhơn cho thấy nhiều vấn đề về độ tin cậy và chất lượng điện năng. Các sự cố thường xuyên xảy ra, gây gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng. Việc áp dụng giải pháp tự động hóa sẽ giúp giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao chất lượng dịch vụ.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Vận Hành Lưới Điện Phân Phối

Mặc dù lưới điện phân phối tại Quy Nhơn đã có nhiều cải tiến, nhưng vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề cần giải quyết. Các sự cố xảy ra thường xuyên, dẫn đến việc mất điện kéo dài và ảnh hưởng đến khách hàng. Thách thức lớn nhất là làm thế nào để tự động hóa quá trình vận hành, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện.

2.1. Các Sự Cố Thường Gặp Trong Lưới Điện

Các sự cố như mất điện đột ngột, quá tải và sự cố thiết bị là những vấn đề phổ biến trong lưới điện phân phối. Những sự cố này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng mà còn gây thiệt hại cho doanh nghiệp và khách hàng.

2.2. Tác Động Của Các Sự Cố Đến Khách Hàng

Mất điện kéo dài gây ra sự không hài lòng cho khách hàng, ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh và sinh hoạt hàng ngày. Việc nâng cao chất lượng điện năng là cần thiết để đảm bảo sự hài lòng của khách hàng và duy trì uy tín của công ty điện lực.

III. Giải Pháp Tự Động Hóa Lưới Điện Phân Phối Tại Quy Nhơn

Giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) được đề xuất nhằm nâng cao chất lượng vận hành lưới điện tại Quy Nhơn. Hệ thống này sẽ giúp tự động hóa quá trình giám sát, điều khiển và khôi phục cấp điện khi có sự cố xảy ra. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ mang lại nhiều lợi ích cho cả công ty điện lực và khách hàng.

3.1. Đặc Điểm Của Hệ Thống Tự Động Hóa

Hệ thống DAS cho phép giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị trên lưới điện. Điều này giúp giảm thiểu thời gian xử lý sự cố và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Hệ thống cũng có khả năng tự phục hồi sau sự cố, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho khách hàng.

3.2. Lợi Ích Của Việc Áp Dụng Giải Pháp Tự Động Hóa

Việc áp dụng giải pháp tự động hóa không chỉ giúp nâng cao chất lượng điện năng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành. Hệ thống tự động hóa sẽ giúp công ty điện lực tiết kiệm thời gian và nguồn lực, đồng thời nâng cao sự hài lòng của khách hàng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giải Pháp Tự Động Hóa

Giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối đã được triển khai tại một số khu vực và đã thu được nhiều kết quả tích cực. Việc áp dụng công nghệ mới đã giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tự động hóa lưới điện là một bước đi cần thiết để nâng cao chất lượng dịch vụ.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Quy Nhơn

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng hệ thống DAS đã giúp giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các chỉ số SAIFI và SAIDI đã được cải thiện rõ rệt sau khi triển khai giải pháp tự động hóa.

4.2. Các Mô Hình Ứng Dụng Thành Công Khác

Nhiều công ty điện lực khác trên thế giới đã áp dụng thành công giải pháp tự động hóa lưới điện. Những mô hình này có thể được tham khảo và áp dụng tại Quy Nhơn để nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Lưới Điện Phân Phối Tại Quy Nhơn

Tương lai của lưới điện phân phối tại Quy Nhơn sẽ phụ thuộc vào việc áp dụng công nghệ tự động hóa. Việc nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện là mục tiêu hàng đầu. Các giải pháp tự động hóa sẽ giúp lưới điện hoạt động hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Lưới Điện Thông Minh

Lưới điện thông minh sẽ là xu hướng phát triển trong tương lai, giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu sự cố trong lưới điện.

5.2. Định Hướng Đầu Tư Vào Công Nghệ Mới

Công ty điện lực cần đầu tư vào công nghệ mới để nâng cao chất lượng dịch vụ. Việc áp dụng các giải pháp tự động hóa sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện phân phối tại Quy Nhơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 Hiện nay lưới điện trung thế có cấp điện áp 22kV/35kV tại khu vực Quy Nhơn được thiết kế theo mạch vòng đã có sự liên kết giữa các xuất tuyến nhưng được vận hành theo kiểu mở, các thiết bị đóng cắt trên lưới điện đã được kết nối SCADA về TTĐK Bình Định. Tuy nhiên, khi sự cố xảy ra, đội sửa chữa vẫn phải tìm sự cố bằng cách kiểm tra các điểm nghi ngờ sự cố của xuất tuyến dựa vào tín hiệu rơle bảo vệ. Sau khi xác định được vị trí sự cố, nhân viên vận hành phải thực hiện bằng tay hoặc thao tác xa từ TTĐK các thao tác đóng/mở để cô lập sự cố và khôi phục cấp điện cho khách hàng. Thông thường phải mất hàng giờ mới có thể khôi phục cấp điện trở lại cho phần lưới điện không bị sự cố, điều này làm giảm chất lượng vận hành lưới điện.

Do đó cần phải áp dụng giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối DAS để giải quyết vấn đề này, khi áp dụng giải pháp DAS sẽ mang lại những mục tiêu cơ bản sau: • Phát hiện sự cố nhanh chóng, xác định chính xác vùng bị sự cố. • Chỉ cách ly vùng bị sự cố trên toàn bộ xuất tuyến xảy ra sự cố (hạn chế tối thiểu vùng sự cố). • Khôi phục cung cấp điện nhanh chóng với số lượng khách hàng được cấp điện tối đa, giảm tối đa thời gian ngừng cấp điện. • Cải thiện các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện (SAIFI, SAIDI,…) của lưới điện phân phối khi có DAS.

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI (DAS) Trong chương này, tác giả nêu đặc điểm của lưới điện phân phối chung. Nêu các yêu cầu cần thiết để triển khai được hệ thống DAS tại thời điểm hiện tại, trên cơ sơ yêu cầu đầu vào, đầu ra, nghiên cứu chi tiết về chức năng phần cứng và phần mềm, giải pháp truyền thông hiện có của trung tâm điều khiển SCADA. Từ đó, để xuất giải pháp phần cứng, phần mềm, giải pháp truyền thông và mô hình triển khai DAS cho hệ thống lưới điện phân phối dựa trên nền tảng SCADA/DMS sẵn có.1 Đặc điểm hệ thống tự động hoá cho lưới điện phân phối (DAS) 2.1 Định nghĩa hệ thống tự động hoá cho lưới điện phân phối Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) cung cấp chức năng điều khiển và giám sát từ xa các dao cách ly phân đoạn tự động (sectinonalizer), phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lưới điện phân phối, nhờ đó thực hiện cô lập nhanh được phân đoạn sự cố và khôi phục việc cung ứng điện cho phần còn lại của hệ thống bị sự cố [2], [10].2 Mục tiêu đặt ra cho lưới điện phân phối Chức năng tự động hóa phân phối cung cấp cả lợi ích và thách thức trong khu vực kiểm soát của hệ thống phân phối. Những lợi ích và thách thức này có mối liên hệ chặt chẽ và chủ yếu đan xen lẫn nhau và lợi ích thực sự và đầy đủ không thể tích lũy được cho đến khi một số thách thức đã được vượt qua, đặc biệt là thách thức về tài chính đầu tư tốn kém và cần đồng bộ với các thiết bị hiện có.

Do đó, trường hợp chính của tự động hóa lưới điện phân phối cần được xem xét thay thế mới hoàn toàn các thiết bị hiện có trên hệ thống SCADA hay thay thế một phần bảo đảm đồng bộ hoá về mặt kỹ thuật sau khi đưa thêm DAS vào hệ thống SCADA hiện có. Giải pháp nào đi nữa cũng cần phải bảo đảm những yếu tố cần thiết trong lưới điện phân phối hiện nay. Một là: Tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin phục vụ sản xuất kinh doanh: Ứng dụng công nghệ thông tin, từng bước hiện đại hóa công tác vận hành và kinh doanh điện. Triển khai tất cả các ứng dụng công nghệ thông tin phục vụ công tác sản xuất kinh doanh và vận hành lưới điện như: Trung tâm lưu trữ dữ liệu (Data Center), hệ thống thông tin tích hợp và hỗ trợ ra quyết định (ERP), chương trình Quản lý kỹ thuật, dự án quản lý lưới điện phân phối trên nền bản đồ (GIS)… Hệ thống chăm sóc khách hàng (Call Center) chuyên nghiệp, sẵn sàng giải đáp 15 thông tin cho khách hàng 24/24h.

Từng bước hiệu chỉnh phần mềm thu thập tự động số liệu đo đếm cho giao nhận điện năng đầu nguồn, ranh giới, nội bộ, tiến đến hoàn toàn chủ động thực hiện được khâu tích hợp hệ thống trong các đề án lắp đặt công tơ đo ghi từ xa và tự động hoá của Công ty. Hai là: Tích hợp các nguồn điện phân tán: Tích hợp các tính năng quản lý giám sát các hệ thống nguồn năng lượng phân tán về nhà điều hành trung tâm của điện lực, cho cho phép đấu nối hệ thống này vào hệ thống điện quốc gia qua công tơ 2 chiều. Tiếp tục hỗ trợ nguồn vốn đầu tư xây dựng hệ thống nguồn năng lượng tái tạo, nghiên cứu định hướng kết nối vào lưới điện phân phối trên cơ sở các quy định của pháp luật, các quy định của ngành bảo đảm được hệ thống DAS hoạt động tốt.3 Đặc điểm quá trình tự động hoá lưới điện phân phối Ứng dụng tự động hóa trong hệ thống điện có thể hiểu là tự động theo dõi, bảo vệ, kiểm soát và điều khiển các phần tử trên hệ thống điện thông qua các thiết bị điện tử thông minh (IEDs), để khôi phục cung cấp điện khi có sự cố và duy trì các điều kiện hoạt động của thiết bị trở lại hoạt động bình thường. Ngày nay, nhờ sự tiến bộ trong công nghệ truyền thông, hệ thống DAS không chỉ là điều khiển từ xa các hoạt động của thiết bị trạm biến áp và nguồn điện mà còn là hệ thống điện tự phục hồi, có độ tin cậy cao và phản ứng nhanh với các tình huống theo thời gian thực với phương pháp thích hợp.

Do đó, hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối không chỉ thay thế các thủ tục thủ công, nó cho phép hệ thống điện hoạt động theo cách tốt nhất, dựa trên thông tin chính xác được cung cấp kịp thời cho các ứng dụng và thiết bị thực hiện. Chức năng chính của DAS là điều khiển từ xa các thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cắt có tải, tủ phân phối Ring Main Unit – RMU) để xác định vị trí, cô lập sự cố và phục hồi cung cấp điện khi một sự cố xảy ra trong đường dây phân phối điện. Như vậy, tự động hóa lưới điện phân phối là giải pháp để nâng cao hiệu quả vận hành cũng như độ tin cậy và chất lượng điện năng của lưới điện phân phối. Việc triển khai lắp đặt hệ thống DAS thường trải qua 3 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Lắp đặt các cầu dao tự động và các rơ-le phát hiện sự cố cho các đường dây trung thế.

Lắp đặt các thiết bị chỉ thị phần bị sự cố ở các trạm 110kV. Trong giai đoạn 1, vùng bị sự cố được tự động cách ly bằng các thiết bị trên đường dây trung thế, không có các thiết bị giám sát quản lý tại Trung tâm điều độ. - Giai đoạn 2: Lắp bổ sung các thiết bị đầu cuối và đường thông tin để tiếp 16 nhận thông tin tại các vị trí lắp cầu dao tự động ở các đường dây trung thế. Tại trung tâm điều độ lắp các bộ nhận điều khiển từ xa, và hệ thống máy tính để hiển thị lưới trung thế dưới dạng đơn giản.

Dựa trên các thông tin thu được từ xa, nhân viên vận hành tại trung tâm điều độ sẽ điều khiển đóng cắt các cầu dao tự động để cách ly phần bị sự cố trên máy tính. - Giai đoạn 3: là giai đoạn nâng cấp các chức năng của giai đoạn 2. Tại trung tâm điều độ lắp đặt các máy tính có cấu hình mạnh để quản lý vận hành lưới điện phân phối trung thế hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính toán tự động thao tác. Việc thực hiện xong 3 giai đoạn trên thì lưới điện phân phối hoàn toàn được giám sát và điều khiển từ xa.2 Hạ tầng cần thiết để ứng dụng hệ thống DAS Như đã trình bày trên, việc tự động hoá lưới điện phân phối cần tận dụng các thiết bị sẵn có trên lưới điện nhằm mang lại lợi ích to lớn về mặt kinh tế mà vẫn bảo đảm tính đồng bộ cho lưới điện phân phối là sự lựa chọn số 1 trong luận văn này.1 Thiết bị hiện có trong lưới điện phân phối 2.1 Đặc điểm chung Hầu hết các lưới điện phân phối hiện nay ở Việt Nam đều có sẵn hệ thống thiết bị phục vụ cho quá trình đóng cắt bằng tay và phục vụ hệ thống SCADA.

Sau đây là một vài thiết bị có liên quan đến hệ thống DAS ▪ Lưới phân phối: chỉ 1 cấp điện áp 22kV/35kV ▪ Lưới điện kín vận hành hở, các điểm hở là các LBS có điều khiển ▪ Có nguồn thủy điện, gió nối vào lưới, mặt trời mái nhà nối lưới phân tán. ▪ Tất các TBA 110kV đã đưa vào vận hành không người trực. ▪ 100% xuất tuyến 22kV ▪ Recloser, LBS, RMU ▪ Bình quân có 2000 khách hàng/ Phân đoạn đường dây 22kV ▪ Xấp xỉ 80% phân đoạn có giá bán điện xấp xĩ 2000đ/kwh 2.2 Recloser trung áp Bố trí Recloser trên đường trục cách nhau 2 – 3 km và đầu tuyến các nhánh rẽ có dòng tải lớn (>100A). Recloser phải có biến điện áp và biến dòng điện tích hợp sẵn bên trong thân máy cắt cho cả 3 pha và được thiết kế, lắp đặt có kết nối SCADA sử dụng cáp quang.

Các vị trí Recloser ở các nhánh rẽ vùng sâu, vùng xa và không có mạch vòng trong tương lai thì cho phép sử dụng công nghệ 3G để kết nối SCADA. Cấu hình tủ điều khiển Recloser phải có biến chỉ thị sự cố (FI) được kết nối về Trung 17 tâm điều khiển và phải chỉnh định được để giữ tối thiểu 3 phút, có thể tự reset. Biến FI hoạt động độc lập (không có liên động) với biến OPEN/CLOSE của Recloser.3 Dao cắt có tải (LBS) trung áp LBS trung áp sử dụng loại kín, buồng dập hồ quang chân không hoặc SF6. Bố trí LBS trên đường trục, nằm giữa 02 Recloser đường trục và cách nhau khoảng 1km và đầu tuyến các nhánh rẽ có dòng tải trung bình (50 – 100A).

Tư vấn thiết kế bố trí mật độ LBS phù hợp, đảm bảo hiệu quả kinh tế, tiết kiệm và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng.